Mayores niveles de confiabilidad y seguridad con transformación digital

Tecnologías digitales como IIoT y realidad aumentada, además de automatizar, pueden optimizar. 

 Mayores niveles de confiabilidad y seguridad con transformación digital

La transformación digital es un tema prioritario en las industrias de procesos, y desde hace bastante tiempo. Al respecto, Emerson ve la transformación digital como una estrategia para mejorar el desempeño mediante el uso de tecnologías digitales, lo que significa una manera tangible para los usuarios finales de alcanzar una performance de cuartil superior en sus respectivas industrias.

Mientras tanto, si bien la transformación digital es habilitada por varias tecnologías, la mejora a nivel de negocio sólo se consigue cuando estas tecnologías permiten a la fuerza laboral crear más valor.

Las tecnologías digitales han existido desde hace décadas y han sido utilizadas principalmente para ayudar a los fabricantes a automatizar y optimizar sus procesos de producción básicos. Pero las tecnologías digitales también se pueden extender para conseguir el mismo tipo de mejoras en otras áreas operativas, tales como confiabilidad, seguridad, energía y emisiones.

A continuación se describen dos ejemplos de la industria de procesos que muestran cómo funciona la transformación digital extendida en la práctica, implementando diagnósticos de válvulas y servicios conectados con realidad aumentada (AR) y monitoreo de válvulas de alivio de presión (PRVs), ambos mejorados mediante el uso de tecnologías IIoT.

 

Predecir y resolver problemas en válvulas

Las válvulas pueden ser monitoreadas de forma remota para predecir problemas antes de que ocurran, lo que permite abordar los inconvenientes de manera proactiva. Este método de monitoreo y servicio es una gran mejora en comparación con el concepto de dejar que funcione hasta que falle, ya que aumenta el tiempo de operación, reduce los costos de mantenimiento y mejora la seguridad.

Los diagnósticos en las válvulas comienzan con la recolección de datos realizada por los controladores de válvula digitales, lo que brinda amplia información para su uso en sistemas de gestión de activos, de control distribuido y otros sistemas host. Estos controladores se comunican mediante el protocolo HART, WirelessHART con el agregado de un módulo adaptador o un fieldbus digital. Una vez comunicados los datos a los sistemas host, se los debe analizar para lograr información procesable.

El testeo de diagnósticos offline permite caracterizar el desempeño nominal, creando una firma de válvula con muestras de alta resolución de la presión y del recorrido del actuador. Los diagnósticos offline utilizan un microprocesador para controlar la válvula, desplazando la señal de entrada hacia arriba y hacia abajo a una velocidad suficientemente lenta como para conseguir un testeo repetible sin que un exceso de velocidad altere los resultados del test.

Una vez creada la firma de referencia, la información recolectada de la válvula en operación se compara con los umbrales establecidos para descubrir cuando puede quedar comprometido el desempeño de la válvula, por ejemplo, una temperatura que excede los límites de la electrónica o elastómeros, o una presión fuera del rango recomendado.

También se pueden analizar los indicadores KPIs, tales como desviación de carrera, para determinar si existe una condición anormal o si la elevada fricción se debe a una empaquetadura demasiado apretada.

La condensación de los datos en paquetes en la válvula permite enviar información de alta resolución a sistemas host para análisis y tendencias. Expertos en la materia (SMEs según sus siglas en inglés) pueden revisar estos y otros datos para identificar problemas, tales como una fricción excesiva, daño del vástago y daño del asiento.

Los SMEs pueden utilizar herramientas de interpretación de datos en base a algoritmos de detección de anomalías. Asimismo, el conocimiento y la experticia de los SMEs les permiten determinar si ha ocurrido un problema o si está pronosticado, y definir qué acciones correctivas directas se necesitan para solucionar el inconveniente. Los algoritmos se actualizan continuamente a medida que se van identificando nuevos KPIs a través de los hallazgos del análisis y mediante inteligencia artificial y algoritmos de machine learning.

Los servicios de asistencia remota empoderan a los técnicos locales ya que les brindan conectividad en dispositivos móviles para compartir de manera segura su campo de visión a través del software de realidad aumentada, lo que permite a expertos remotos ayudarlos en la solución de problemas en válvulas. La instalación de una válvula específica es identificada automáticamente, junto con su historial de mantenimiento e instrucciones de reparación. Las instrucciones paso a paso quedan superpuestas en la aplicación del usuario de campo para soportar las acciones de instalación, calibración o reparación.

La video comunicación en tiempo real permite a los usuarios resolver problemas en menos tiempo y minimizar los errores de instrucción que suelen ocurrir con un soporte sólo de audio, mientras elimina tiempo de viaje y el costo de llevar técnicos al lugar de trabajo.

Además, los operadores pueden ampliar su base de conocimientos interna y las habilidades del personal por medio de recomendaciones y guías de resolución de problemas en el trabajo destinadas a remediar inconvenientes, hasta e incluyendo supervisión de las reparaciones finales.

 

Monitoreo de válvulas de alivio de presión

Las PRVs sólo se activan en caso de emergencia, pero deben funcionar cuando sea necesario. Son mecánicamente auto-operativas, sin necesidad de un componente electrónico o soporte externo para funcionar, por lo que generalmente no tienen un mecanismo incorporado capaz de reportar su condición o actividad.

Si los operadores quieren saber qué está sucediendo con una PRV en particular, normalmente deben confiar en la inspección local o monitorear mediciones de presión del proceso para obtener indicaciones de operación cerca del serpoint de la PRV. Ninguno de los métodos es ideal, lo que motiva la necesidad de un monitoreo continuo.

Los dispositivos de monitoreo acústico equipados con transmisores cableados o WirelessHART se pueden montar directamente en las cañerías adyacentes a las PRVs. Los dispositivos wireless son de gran utilidad en tipo de aplicaciones ya que es posible instalar muchas PRVs en áreas de difícil acceso, mientras la instalación de una infraestructura cableada sea difícil y costosa.

Estos dispositivos sensan vibraciones en la cañería de descarga provocadas por las turbulencias generadas por el fluido que atraviesa la válvula y que se transmiten directamente a través de la pared de la cañería. Una válvula totalmente cerrada no produce vibraciones debido a la turbulencia ya que no hay nada que circule a través de la misma. Cuando la presión del sistema excede el setpoint, la válvula se abre y libera líquido, gas o ambos. Esto crea turbulencia, generando vibraciones mecánicas que pueden ser detectadas por un monitor acústico y reportadas a sistemas host, tanto localmente a través de redes cableadas o wireless, como de manera remota vía IIoT.

Si el proceso se recupera y la presión del sistema retorna a la normalidad, o si los operadores reducen la presión lo suficiente, la PRV debe volver a cerrarse automáticamente. Si todo funciona correctamente, se sella y cesa la vibración mecánica. Los datos provenientes del transmisor acústico pueden verificar la acción, reportando cuando comenzó y terminó la descarga, brindando al mismo tiempo una indicación aproximada de cuan grave fue la descarga en base a la amplitud del sonido.

Pero hay veces que las cosas salen mal y una pequeña partícula de residuos del proceso puede alojarse en el asiento de la válvula, provocando fugas.

Al igual que una plena descarga provocada por sobrepresión, las pequeñas fugas también generan turbulencia dentro de la cañería de descarga, provocando una vibración mecánica detectable por el transmisor acústico.

La importancia de detectar fugas tan pronto como se inician está promovida por un efecto compuesto a lo largo del tiempo. Una simple fuga de 0,1%, si queda sin solucionar durante un año, equivale a una liberación completa de una PRV durante seis horas. El efecto se multiplica y se convierte en un gran problema cuando se considera la población total de PRVs en una unidad de proceso o en la planta en general.

Un estudio de 10.000 registros de servicio de PRVs mostró un resultado asombroso, indicando que el 20% de las PRVs instaladas tenían fugas por debajo del 50% de la presión nominal, lo que significa que muchas de estas válvulas tenían constantemente fugas. Peor aún, el 8% de las válvulas estudiadas tuvieron fugas tan excesivas que no pudieron operar correctamente cuando se las testearon.

 

Conclusión

Las tecnologías digitales han llevado claramente a una mejora en el monitoreo y control de las instalaciones operacionales a lo largo de los años. Estas mismas tecnologías también pueden generar grandes cantidades de datos en bruto y facilitan una conectividad remota.

Estas dos características son fundamentales a la hora de extender la transformación digital más allá de la automatización básica para lograr mayores niveles de confiabilidad y seguridad, y al mismo tiempo reducir el uso de energía y las emisiones.

 

Preparado en base a una presentación de Marcelo Carugo, vicepresidente de Programas Globales de Hidrocarburos y Química, Emerson Automation Solutions.

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